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材料物理性能测试技术讲课-介电特性

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材料的介电性能PPT课件

材料的介电性能PPT课件
27
28
软模理论：
在一定情况下 ，晶体结构的铁电相变是布里渊区中心 的横向光学晶格振动的”柔软化”结果。
柔软化：声子横光学振动频率接近于零。
29
Ti4+—氧八面体中心

rTi 4 0.64 A

rO2 1.32 A
>120℃，立方结构 a＝4.0Ao1
O2-－O2-间隙：

4.01 21.32 1.37 A dTi4 1.28 A
本征电击穿理论 从理论上可分为
“雪崩”电击穿理论
8
电子加速运动(动能)与晶格振动的相互作用，把
1.本征电击穿理论
能量传递给晶格。当其处于平衡时，介质中有稳 定的电导，若电子能量大到一定值而破坏平衡，
电导由稳定态变为非稳定态。
A表示单位时间内从电场获得的能量
A e2E2 m*
E—电场强度；—松弛时间 (与电子能量U有关)
P

aE
exp


bI 2 E

15
以碰撞电离后自由电子数倍增到一定值作为电 击穿判据。
通过估算：由阴极出发的初始电子，在其 向阳极运动的过程中，1cm内的电离次数 达到40次，介质便击穿。 “四十代理论”： 当介质很薄时，碰撞电离不足以发展到40代，电子雪 崩系列已进入阳极复合，此时介质不能击穿。因此便 定性解释了薄层介质具有较高击穿电场的原因。
1.环境因素对铁电体性质的影响
（1） 外部条件（电场，应力。温度，压力）的变化， 可以引起铁电体极化强度PS的变化
32
（2）铁电体相变按自由能变化来分，可分为两类。 即：一级相变二级相变
33
一级相变 在相变点上，PS突变到零； PS

介电性能.ppt

介电性能.ppt
研究发现，当把罗息盐加热到24℃，电滞回线消失--铁电体具有自发极化现象，即电偶极矩在外电场作 用下可以转向，甚至反向。在同一电场强度下，极化 强度可以有双值。 存在电畴
电畴，铁电体自发极化时能量升高，状态不稳定，晶 体趋向于分成许多小区域，每个小区域电偶极子沿同 一方向，不同小区域的电偶极子方向不同，每个小区 域为电畴。
１．没有外电场时，晶体总电 矩为零。 ２．加上外加电场时，沿电场 方向的畴扩展变大，与电场方 向的畴变小，因此，总的极化 强度随外电场增加而增加，表 现为图中的OA段。 ３．随着电场强度的继续增大 ，晶体电畴都趋向于电场方向 ，类似于形成一个单畴，表现 为图中的OB段。 ４．继续增加电场强度，极化 强度与电场强度呈线性关系， 表现为BC段。
压电性和热释电性是材料的重要性质： 1.一些无对称中心的物体可具有压电性 2.具有极轴和自发极化的晶体介质具有 热释电性。
铁电性
电滞回线，罗息盐（ 酒石酸钾钠— NaKC4H4O6· 4H2O）的极 化强度随外加电场的 变化如右图所示。 铁电体，具有电滞回 线性质的晶体。（晶 体中并不含有铁）
由于电滞回线与铁磁体的磁滞回线相似，因此，把具 有这种晶体称为铁电体。
压电效应与晶体的对称性有关。 压电效应的本质是对晶体施加应力时，改变了晶体内 的电极化。因此电极化只能在不具有对称中心的晶体 内才可能发生。 只有结构上没有对称中心，才有可能产生压电效应。 而且必须是：电介质（或至少具有半导体性质）；其 结构必须带正负电荷的质点－－离子或离子团存在（ 离子晶体或离子团组成的分子晶体） 常用：α－石英，钛酸钡，钛酸铅，钛酸钼等。
压电性产生的原因
石英晶体的化学组成是SiO2，3个Si原子和6个O原子 位于晶包的格点上。Si4+ ， O2-。

(完整word版)材料物理性能 实验五材料介电常数测定

(完整word版)材料物理性能 实验五材料介电常数测定

材料介电常数的测定一、目的意义介电特性是电介质材料极其重要的性质。

在实际应用中，电介质材料的介电系数和介电损耗是非常重要的参数。

例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大而介电损耗尽量小。

相反地，制造仪表绝缘机构和其他绝缘器件的材料则要求介电系数和介电损耗都尽量小。

而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。

所以，研究材料的介电性质具有重要的实际意义。

本实验的目的：①探讨介质极化与介电系数、介电损耗的关系； ②了解高频Q 表的工作原理;③掌握室温下用高频Q 表测定材料的介电系数和介电损耗角正切值。

二、基本原理2。

1材料的介电系数按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同性的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。

当固体电介质置于电场中后,固有偶极子和感应偶极子会沿电场方向排列,结果使电介质表面产生等量异号的电荷，即整个介质显示出一定的极性,这个过程称为极化。

极化过程可分为位移极化、转向极化、空间电荷极化以及热离子极化.对于不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。

（1）材料的相对介电系数ε 介电系数是电介质的一个重要性能指标。

在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电系数。

此外,由于介电系数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式.所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究还可以推断绝缘材料的分子结构。

介电系数的一般定义为:电容器两极板间充满均匀绝缘介质后的电容，与不存在介质时(即真空)的电容相比所增加的倍数。

其数学表达式为 0a x C C ε= （1) 式中 x C ——两极板充满介质时的电容； 0a C —-两极板为真空时的电容；ε——电容量增加的倍数，即相对介电常数.从电容等于极板间提高单位电压所需的电量这一概念出发,相对介电常数可理解为表征电容器储能能力程度的物理量。

从极化的观点来看，相对介电常数也是表征介质在外电场作用下极化程度的物理量。

介电性能的测量原理优选文档专选课件

介电性能的测量原理优选文档专选课件

介电性能测试主要内容 简介
介电性能测试内容主要包括 ⑴绝缘电阻率 ⑵相对介电常数 ⑶介质损耗角正切 ⑷击穿电场强度
绝缘电阻率测试
绝缘电阻率测试通常采用三电极系统，可以分别测出试 样的体积电阻率ρv和表面电阻率ρs，测量电路图如下图所 示。
体积电阻率测试线路图
表面电阻测量线路图
平板试样
v
=
u Iv
介电常数是表征电介质的最基本的参量，是衡量电介 质在电场下的极化行为或储存电荷能力的参数。
电介质电容、介电常数
真空电容 C0=Q0/V=0s/d
电介质电容 C=Q/V=ros/d
相对介电常数 εr = C/C0
基本公式
平行板电容器
Dielectric
Co = Q/V = oA/d
C = A/d
C N ——标准电容 C 4 ——可调电容 R 4 ——固定电阻 R 3 ——可调电阻
当频率为几十千赫到几百兆赫范围时，可用 集总参数的谐振法进行测量，如图所示
击穿电场强度测定
绝缘材料的击穿电场强度以平均击穿电场强
度
E
表示
B
EB
uB d
u B ——击穿电压
d ——试样的平均厚度
谢谢观看！
r= /o
介电损耗 Dielectric loss
定义：
介质的介电损耗是指电介质在单位时间内每 单位体积中将电能转换为热能而损耗的能量。
电介质的介电损耗一般用损耗角正切tan 表 示，并定义为：
tan介 质 损 耗 的 无 功 功 率 功 （ 率 即 有 功 功 率 ）
同时，介电损耗也是表示绝缘材料（如绝缘油 料）质量的指标之一。介电损耗愈小，绝缘材料的 质量愈好，绝缘性能也愈好。

材料物理性能——介电性能

材料物理性能——介电性能

n
k k
k
（6.11）
结论：为了获得高介电常数，除了选择α大的离子外，还 要求n大，即单位体积的极化质点数要多。
14 Sunny smile
材料的介电性能
三、介质的极化 1.介质极化类型： 电子极化、离子极化、偶极子转向极化、空间电荷极化和 自发极化等。
2.极化基本形式：
1）位移式极化 这是一种弹性的、瞬时完成的极化，不消耗能量。电子 位移极化、离子位移极化属这种情况； 2）松弛极化 这种极化与热运动有关，完成这种极化需要一定的时间， 并且是非弹性的，因而消耗一定的能量。电子松弛极化、 离子松弛极化属这种类型。
3）宏观电场E ：
E = E外 + E1 （6.5）
9 Sunny smile
材料的介电性能
2．原子位置上的局部电场Eloc 1）局部电场的来源： 一是外加电场E外；
二是晶体中其它原子所产生的电场。
2）晶体中其它原子所产生的电场 当一个特定的分子被想像的足够大的球体所包围，见图 6.3，该圆球半径比原子间距大很多；球外电介质可作为连续 均匀介质；球内也为均匀的，则宏观电场对球内各点作用一样。 如果把球体从固体中切割出来，球外的极化强度P保持不 变。那么，作用于圆球中心处的特定分子的电场（局部电场） 由四部分组成： ①由电极板上的自由电荷产生的E外 ；
e 4 0 R 3
(6.17)
可见电子极化率的大小与原子(离子)半径有关。
平均感生偶极矩＜μ＞
若考虑同类原子的一个集合，它们所有轨道是随机取 向，如电场较低，则在电场方向上平均感生偶极矩为 ＜μ＞=μ＜cos2θ＞= 1/3 所以
4 0 R 3 E loc 3 4 e 0 R 3 （6.18） 3

材料的介电性能 ppt课件

材料的介电性能 ppt课件

电介质：在电场作用下能建立极化的物质。
感应电荷（束缚电荷）：在真空平板电容器中嵌入 一块电解质加入外电场时，在整机附近的介质表面 感应出的负电荷，负极板附件的介质表面感应出的 正电荷。
PPT课件
7
极化：电介质在电场作用下产生束缚电荷的现象。
极化电荷：电介质在外电场的作用下，在和外电场相 垂直的电介质表面分别出现正、负电荷。这些电荷不 能自由移动，也不能离开，总保持中性。
Ta极化率 ；q为离子荷电量； δ为弱离子电场作用下的迁移；
PPT课件 17
（4）转向极化
存在固有偶极矩，无外电场时，混乱排列，使总极 矩 =0 ，有外电场作用时，偶极转向，成定向排列，从 而产生介质极化。
02 d 3kT
为无外电场时的均方偶极矩。
PPT课件
18
特点：
①非弹性的，不可逆； ②形成极化时间较长； ③温度对介电常数有很大影响。
PPT课件 8
电解质的分类：极性分子电解质和非极性分子电解 质----分子的正负电荷统计重心是否重合，是否有点 偶极子？
电介质在外电场作用下，无极性分子的正负电荷重 心重合将产生分离，产生电偶极矩。
Q：所含电量； l：正负电荷重心距离
PPT课件 9Leabharlann 据分子的电结构，电介质可分为：
极性分子电介质：H2O;CO（有）
PPT课件 36
②结构损耗
结构损耗 是在高频、低温下，与介质内部结构
的紧密程度密切相关的介质损耗。结构损耗与温 度的关系很小，损耗功率随频率升高而增大，但 tgδ则和频率无关。
一般材料，在高温、低频下，主要为电导损耗； 在常温、高频下，主要为松弛极化损耗；在低 温、高频下主要为结构损耗。

材料的介电性能教学课件


添加填料
通过向介电材料中添加填料 来提高其介电性能。
表面改性
通过改变介电材料表面的性 质来提高其介电性能。
掺杂改性
通过掺杂其他物质来改善介 电材料的性能。
现有问题及解决方案
1 介电强度降低的问
题
通过材料改良和设计优 化来提高介电强度。
2 介电损耗过高的问
题
3 改进介电性能的新
方向
通过优化材料结构和表 面处理来降低介电损耗。
材料的介电性能教学课件 PPT
本课件旨在介绍材料的介电性能，涵盖介电性能的概述、介电材料的分类、 介电应用领域、介电测试技术、性能改善以及现有问题及解决方案等主题。
介电性能概述
1 介电常数的定义
2 介电损耗的定义
介电常数是材料对电场强度的响应程度的 量度。
介电损耗是材料中电能转化为热能的程度。
3 介电强度的定义
4 介电中的极化现象
介电强度是材料能够承受的最大电场强度。
极化是材料中正、负电荷偏离平衡位置的 过程。
介电材料分类
常用的介电材料
常见的介电材料包括陶瓷、塑料、橡胶等。
介电材料的特性比较
不同介电材料具有不同的介电常数、介电损耗和介电强度。
介电应用领域
介电材料在电容器中的 应用
介电材料用于制造电容器以 存储电荷。
介电材料在电子器件中 的应用
介电材料用于制造电子器件 以实现绝缘和隔离于高压设备中的 绝缘和耐压功能。
介电测试技术
1 介电常数测试
通过实验测量材料的介电常数。
3 介电强度测试
通过实验测量材料的介电强度。
2 介电损耗测试
通过实验测量材料的介电损耗。
介电材料的性能改善

材料的介电性课件


频率对介电损耗的影响
总结词
随着频率的增加，介电损耗通常会增 加。
详细描述
介电损耗是指电场能量转换为热能并 耗散在材料中的过程。在高频电场下 ，由于电子和离子的运动速度限制， 能量转换更为频繁，导致介电损耗增 加。
频率对介电强度的影晌
要点一
总结词
介电强度与频率的关系较为复杂，但通常在高频下介电强 度会有所降低。
材料的介电性课件
• 介电性基本概念 • 介电性与物质结构 • 介电性与温度 • 介电性与频率 • 介电性与应用
01
介电性基本概念
介电常数
总结词
介电常数是衡量材料介电性能的重要参数，它表示了电场中材料对电能的保持 能力。
详细描述
介电常数的大小取决于材料的种类、温度、湿度和频率等条件。在相同的条件 下，介电常数越大，表示材料对电场的屏蔽作用越强，电能被保持得越紧密。
详细描述
介电性是指材料在电场作用下，内部电荷的分布和运动行为。分子极性是指分子内部正负电荷分布不均匀，导致 分子具有电偶极矩。极性分子在电场中会发生取向极化，即分子正负电荷中心发生相对位移，与电场方向一致。 这种取向极化会导致材料表现出较高的介电常数。
晶体结构与介电性
总结词
晶体结构的紧密程度和对称性对介电性产生影响，晶体中的离子或分子的相对位置和排列方式决定了 介电常数的大小。
详细描述
离子化合物是由正负离子通过离子键结合形成的化合物。在离子化合物中，正负离子的 相互作用较强，容易发生取向极化。当电场施加时，离子间的相互作用会导致正负离子 发生相对位移，与电场方向一致，从而表现出较高的介电常数。此外，离子化合物的介
电常数还与其离子半径、晶体结构和温度等因素有关。
03

材料物理材料的介电性能PPT课件

例如，H2O Hcl CO SO2
因无序排列对外不呈现电性。
电子云的 正电中心
电介质
极化面 电荷
–
+–
+
+ – + –
+
–
+–
+ – E0 + –
+
–
–
+ – + –
+–
+
–
+ –E E+ –
+–
+
无外场时，电偶极子杂乱无章的排列
3、极化机制
电子位移极化
无极分子（Nonpolar molecule） 在无外场作用下整个分子无电矩。
A、电容材料
I、存储电能
传统 电容 器
VS
电 池
超级电 容器
高能量密度 高功率密度 长循环寿命
超级电容器
• 超级电容器 (Supercapacitors),它兼有静电电容器和电池 特性,能提供比静电电容器更高的能量密度,比电池更高的功 率密度和更长的循环寿命。
A、电容材料
I、存储电能
A、电容材料
A、电容材料
I、存储电能
制备高性能的超级电容器有2个途径: A、是增大电极材料比表面积,从而增大双电层电容量; B、是提高电极材料的可逆法拉第反应的机率,从而提 高准电容容量。 实际应用中,这2种储能机理往往同时存在。
A、电容材料
I、存储电能
原理 种类 优点 缺点
研究热点
碳素材料
以双电层为主
活性炭（AC）；活性炭纤维（CFA）；碳纳米 管（CNTs）；炭气凝胶（CAGs）；石墨等
3、极化机制
离子位移极化

《材料的介电性能》课件


电容和电感的应用
电容的应用
在电子设备中，电容被广泛应用于滤 波、去耦、旁路、调谐等场合，以实抑制电磁 干扰、阻尼振荡和磁性元件等，同时 也在无线通信、电力传输等领域有广 泛应用。
电容和电感的计算方法
电容的计算方法
根据电容的定义，可以通过测量电容器极板上的电荷量和电压来计算电容的大小。此外，还可以通过介质常数、 电极面积和间距等参数来计算电容。
生物医学应用
介电材料在生物医学领域也有广泛应用，如制备生物传感器、药物载 体和组织工程支架等。
THANKS
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《材料的介电性能》ppt课件
contents
目录
• 介电性能概述 • 介电常数 • 介质损耗 • 电容和电感 • 介电性能的应用
01
介电性能概述
介电性能的定义
介电性能是指材料在电场作用下表现 出的性质，包括电导率、介电常数、 介质损耗等。
它反映了材料对电场的响应和作用， 是材料在电气工程领域应用的重要基 础参数之一。
集成电路封装
在集成电路的封装过程中，介电材料用于绝缘和 保护内部电路，同时提供导热性能。
在电力工程中的应用
1 2
绝缘子
高压输电线路中的绝缘子要求材料具有高介电强 度和良好的耐老化性能，以确保电力传输的安全 。
高压设备绝缘
在电力变压器、开关设备等高压电气设备中，介 电材料用于绝缘和支撑，确保设备正常运行。
常数越大。
温度
温度对介电常数有一定影响， 温度升高，介电常数可能减小
。
压力
压力对介电常数的影响较小， 但在高压下，介电常数可能会
有所变化。
频率
在高频电磁场下，介电常数与 电磁波的频率有关，频率越高
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介电常数跌落的频率范围称为反常色散区

电介质的介电常数不仅与电场频率有关，而 且与温度有关 －取向极化与温度有关
0 02
3kT
在静电场作用下取向极化率随温度提高而降低，所以电 介质的静电介电常数必然随温度的提高而减小

交变电场， 介电常数－温度的关系
温度较低时，介电常数随温度的提高而增大 温度较高时，介电常数又随温度的提高而减小 因为热对取向极化有两方面的作用：一方面热有利于分子 运动，缩短取向极化的弛豫时间，有利于取向极化跟上电 场的变化，使介电常数增大；另一方面，热有对抗外电场 的作用，破坏分子沿电场方向取向的趋势，使介电常数减 小。在温度较低时，前者起主导作用；而温度较高时，后 者起主导作用。

极化强度
极化强度P是电介质极化程度的量度，定义式为：
P
V

为电介质中所有电耦极矩的矢量和；
V为

电耦极矩所在空间的体积；P的单位为C/m2
P的单位为C/m2


可以证明，电极化强度就等于分子表面电荷 密度σ 假设每个分子电荷的表面积为A，则电荷占有 的体积为lA，且单位体积内有Nm个分子， 则单位体积有电量Nmq，那么，在lA的体积 中的电量为NmqlA，则表面电荷密度
材料物理性能测试技术 —材料的介电性能
高智勇
本章知识结构



电介质及其极化 极化的相关物理量 压电性和释电性 铁电性 介电测量简介
电介质及其极化

电介质的定义
介电材料和绝缘材料是电子和电气工程中不可 缺少的功能材料，它主要应用材料的介电性能， 这一类材料总称为电介质。电介质通常是指电 阻率大于1010cm的一类在电场中以感应而 非传导的方式呈现其电学性能的材料。 导体、半导体在电场作用下都会发生电荷的自 由运动，而介电材料在有限电场作用下几乎没 有自由电荷迁移
压电性和释电性

压电性 1880年，Piere Curie 和Jacques Curie 兄弟发现，对－石英单晶体（以下称晶体） 在一些特定方向上加力，则在力的垂直方向的 平面上出现正、负束缚电荷，后来称这种现象 为压电效应 当晶体受到机械力作用时，一定方向的表面产 生束缚电荷，其电荷密度大小与所加应力的大 小成线性关系，这种由机械能转换成电能的过 程，称为正压电效应。 当晶体在外电场激励下，晶体的某些方向上产 生形变（或谐振）现象，而且应变的大小与所 加电场在一定范围内有线性关系。这种由电能 转变为机械能的过程称为逆压电效应。

决定了相对介电常数与介电损耗随交变电 场频率的变化而呈现不同的特征
小结： （1）总的极化强度是上述各种机制作用的总和。 （2）材料的组织结构影响极化机制。
离子、取向极化 空间电荷极化 原子种类和键合类型 面缺陷
（3） 外电场的频率：某种机制都是在不同的 时间量级内发生的，只有在某个领域频率范围 内才有显著的贡献。
成正比，而与板间的距离d成正比。这里的比例常数 成为静态介电常数
A C d
代表板间电介质的性能
1）材料因素：ε 材料在电场中被极化的能力 2）尺寸因素： d 和A ：平板间的距离和面积
• 相对介电系数：带有电介质的电容C与不带有电介 质（真空）的电容C0之比
C r C0
无量纲的正数
电介质极化的机制
电子极化，离子极化，电偶极子取向，空间电荷极化，分别对应电子、原子、 分子和空间电荷情况。
位移极化，由电子或离子位移产生电偶极距而产生的极化。分为电子位移极 化和离子位移极化。 这种极化可以在光频下进行，10-14-10-10S 可逆 与温度无关 产生于所有材料中 电子极化率的大小与原子(离子)的半径有关


静电场中，三种极化 机制都能充分实现， 介电常数最大 交变电场：
• f<<108Hz时，由于 三种极化都能跟上电场 的变化，介电常数与静 电场中的介电常数相等， 而且基本不随频率变化 而变化

交变电场：
• 电场频率增加到 108Hz以上时，首先 是取向极化逐渐跟不上 电场的变化，因而介电 常数随频率的提高而发 生明显的跌落 • 频率增加到1010Hz以 上时，取向极化已根本 不可能实现，这时的介 电常数仅仅是电子极化 和原子极化的贡献

电介质的极化
• 原子（离子）位移极化：外 电场引起的原子核之间的相 对位移，相当于一感生偶极 矩
结合键被拉长
a3 a 4 0 n 1
离子位移极化率： 式中：a为晶格常数； n为电子层斥力指数 对于离子晶体n为7-11
极化晶体中负离子和正离子相对于它们的正 常位置发生位移，形成一个感生偶极矩 也可以看做离子间的键合在电场作用下被拉 长
-
+ E 0
取向极化：
（1） 在包括硅酸盐在内的离子键化合物与极性聚合 物中是普遍存在的；
（2） 响应时间 10-2~10-10S
（ 3 ）这种极化在去掉电场后能保存下来，因而涉及 的偶极子是永久性的。
（4）随温度变化有极大值 温度不太高、外电场不太强时，平 衡状态下有极分子的取向极化率：
0

电极化的定义
在电介质材料中起主要作用的是被束缚着的电 荷。在电场的作用下正、负电荷尽管可以逆向 移动，但它们不能挣脱彼此的束缚而形成电流， 只能产生微观尺度的相对位移，称为电极化 介电系数是综合反映介质内部电极化行为的一 个主要宏观物理量
电容 : 当两个临近导体加上电压后具有存储电 荷能力的量度
介电常数是描述某种材料放入电容器中增加电容器存储电荷能力的物理量。



介电击穿：各种电介质都有一定的介电强度， 不允许外电场无限加大。当电场足够高时，通 过电介质的电流是如此之大，致使电介质实际 上变为导体，有时还能造成材料的局部熔化、 烧焦和挥发 介电强度：是指电介质不发生电击穿条件下可 以存在的最大电位梯度，单位为V∙mm-1 通常在两导电极板之间放置电介质，是为了使 极板间可承受的电位差能比空气介质承受的更 高
电子轨道位移 原子正、负电

电介质的极化
• 电子位移极化：在外电 场作用下每个原子中价 电子云相对于原子核位 E 移
-
中心不再重合
-
d +-
4 e 0 R 3 3
-
+ -
-
-
R : 原子或离子半径
电子轨道位移：原子中 的所有电子都发生、但 价电子显著、内层电子 不显著
极化可以在光频下进行，10-14-10-10S 可逆 与温度无关 产生于所有材料中 电子极化率的大小与原子(离子)的半径有关
Q 0 A / d V
如果介电介质为真空
C0
在平行板电容器间放置某些材料，会使电容器存储电荷的能力增加，C>C0
C r C0 r 0 A / d
真空介电常数：ε
相对介电常数：ε
0
r
=8.85×10-12 F. m-1(法拉/米)
r
C C0 0
介电常数（电容率）： =0r(F/m)



电介质的极化是在电极的作用下，介质内部 正、负电荷重心不重合被感应而传递和记录 电的影响，静态介电系数大体上反应了这一 过程的性质 当外加电场的频率增高时，电极化过程内部 存在着不同的微观机制，它们对高频电场有 不同的响应速度，极化过程却显示出很不相 同的特征，这时的静态介电系数已不能作为 表征内部过程的参数 电介质的极化强度、介电常数必定是电场频 率的函数

介电损耗
理想电容器：在充电时储存电能，放电时又将储 存的电能全部释放出来，它在交变电场作用下没 有能量的损耗。 介质电容器：受交变电场作用时，偶极子取向需 要克服分子间的摩擦力等原因，在每一周期中获 得的电场能量必定有一部分以热的形式损耗掉
tan －介Biblioteka 损耗：介电损耗的大小不仅与介电 材料相关，而且与电场频率有关
+ + + + + + E
可逆;

反应时间为10-13-10-12S 温度升高，极化增强 产生于离子结构电介质中

电介质的极化
• 取向极化 ：偶极子沿电场方向择优排列 • 沿外场方向的偶极子数大于和外场反向的偶极子 数，因此电介质整体出现宏观偶极矩。这种极化 与永久偶极子的排列取向有关，又称分子极化 （或偶极子极化）
平板电容器中的电容 （a）真空平板电容器；（b）平板电容器中的介电材料
极化的相关物理量


根据分子的电结构，电介质可分为两大类： 极性分子电介质， 例如H2O、CO等； 非极性分子电介质，例如CH4、He等 结构的主要差别是分子的正、负电荷统计重 心是否重合，即是否有电耦极子。
电偶极子：具有一个正极和一个负极的分子或结构
6) 空间电荷极化： 可动的载流子受到电场作用移动，受到 阻碍而排列于一个物理阻碍前面时产生的 极化。 物理阻碍：晶界，相界，自由表面，缺陷。 反应时间很长，几秒到数十分钟； 随温度升高而减弱；

存在于结构不均匀的陶瓷电介质中；

分子极化过程是弛豫过程 • 电子极化：10－15s
• 原子极化： 10－13～ 10－14 s • 取向极化：>10－9s • 空间电荷极化：～ 10－2s

放在平板电容器中增加电容的材料称为介电 材料。显然，它属于电介质。所谓电介质就 是指在电场作用下能建立极化的物质。


在真空平板电容器间嵌入一块电介质，当加上外电 场时，则在正极板附近的介质表面上感应出负电荷， 负极板附近的介质表面感应出正电荷。这种感应出 的表面电荷称为感应电荷，亦称束缚电荷 电介质在电场作用下产生束缚电荷的现象称为电介 质的极化。正是这种极化的结果，使电容器增加电 荷的存储能力。
C(F ) Q(C ) V (V )